2017 Fiscal Year Annual Research Report
強誘電体ソフトモードを利用した量子トランスデューサの開発
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16F16364
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
宇佐見 康二 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (90500116)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
GLOPPE ARNAUD 東京大学, 先端科学技術研究センター, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2016-11-07 – 2019-03-31
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| Keywords | 量子トランスデューサ― / 強誘電体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強誘電・常誘電相転移をする非線形結晶は、その相転移点近傍で、誘電率や電気分極の相関長等、様々な物理量が発散傾向を示す。この背後には、応答関数の極に対応するモード(Γ点近傍の光学フォノンなど)がソフト化し、系の電磁波に対する応答関数に異常な振る舞いをもたらす。本研究では、この巨大な電磁応答を示すソフトモードに注目し、非線形結晶の強誘電・常誘電相転移点近傍で、マイクロ波から光への高効率でコヒーレントな変換を目指す。
H28年度は、強誘電・常誘電相転移を示すDKDP結晶を導入できる電場が集中するギャップ領域を持つマイクロ波共振器の設計を行い、作製した。実際に作製したマイクロ波共振器に結晶を導入し、温度を掃引しながらマイクロ波共振器のマイクロ波応答を測定すると結晶の相転移に起因する特徴的なマイクロ波応答をすることを確認した。また、光学応答に関しても実験を実施し、マイクロ波共振器内の結晶によって光の偏光が変調されるマイクロ波から光のサイドバンドへのコヒーレントな変換を実現した。
H29年度は、結晶の入ったマイクロ波共振器のマイクロ波応答の虚数部やその結晶による光の変調度の最大点が転移点から少し低温側の強誘電相で起こるという異常な振る舞いを解明すべく、体積が異なる３つのマイクロ波共振器を作製し、同様の実験を実施した。異常な振る舞いがどの共振器でも再現でき、その異常を示す温度が共振器に依存しないことから、DKDP結晶は強誘電・常誘電相転移するのみならず、その転移温度よりやや低温側の強誘電相でさらなる構造相転移を起こすのではないかという結論に至り、目下、さらにこの構造相転移の可能性を研究中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H29年度は、昨年の実験で発見したマイクロ波共振器のマイクロ波応答の虚数部や光の変調度が最大となる温度が強誘電・常誘電相転移点よりやや低温側である原因を解明すべく、体積が異なる３つのマイクロ波共振器を作製し、昨年同様の実験を実施した。この結果、昨年の異常な実験結果を再現できた。この異常な振る舞いが共振器に依存しないことから、DKDP結晶は強誘電・常誘電相転移するのみならず、その転移温度よりやや低温側の強誘電相でさらなる構造相転移を起こすのではないかという結論にまで至ることができた。この結果から今後の指針が立てられるため、研究はおおむね順調に進展していると結論づけられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで原因不明であった、相転移点から少し低温側の強誘電相での異常なマイクロ波応答の虚数部の増大と、それに伴うマイクロ波－光変換効率の増大が、強誘電・常誘電相転移点より低温側にある構造相転移が関連していることが明らかになってきた。
今後は、より詳細な検討を進めるために、実験で得られる結晶の誘電関数の実部と虚部を周波数をパラメーターに解析したり(Cole-Cole解析)、ミクロな物性を測る解析手法と組み合わせたりすることを検討している。また、強誘電・常誘電相転移のみならず構造相転移を反映させて、強誘電体を基にした我々のマイクロ波－光変換実験の機構を説明するモデルの構築を目指す。
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